Wer nahm an, dass Atome wie Erdbeeren aussehen?

a) Demokrit
b) Ernest Rutherford
c) Joseph John Thomson
d) John Dalton
e) Niels Bohr

Antwort:

Joseph John Thomson entwickelte 1897 ein Atommodell, bei dem die Elektronen auf der Oberfläche einer positiv geladenen Kugel eingebettet sind - eben genau wie die Nüsschen auf einer Erdbeere. Manchmal wird sein Modell auch als Rosinenkuchen-Modell bezeichnet oder mit einer Melone und ihren Kernen veranschaulicht.

Erklärung:

Woraus besteht unsere Welt und wie ist sie aufgebaut? Schon immer beschäftigte diese Frage Philosophen und Wissenschaftler. Schon etwa 400 v. Chr. entwickelten der Grieche Leukipp und sein Schüler Demokrit die Vorstellung von kleinsten, unteilbaren Teilchen, aus denen alles Stoffliche zusammengesetzt sei. Die Atome erhielten so ihren Namen, denn dieser entstammt dem griechischen Wort atomos für unteilbar. Allerdings war Demokrit der Meinung, dass es für jeden Stoff ein spezielles Teilchen geben müsse – es würden also etwa Atome für Äpfel oder Haut existieren, die er obendrein noch in deren Poren erkennen könnte. Vielleicht liegt hier der Grund, warum sich dieses Atommodell nicht gegen die noch lange verfolgte Lehre von den vier Elementen Feuer, Wasser, Erde und Luft durchsetzen konnte.

Erst Dalton griff um 1800 die Idee von den Atomen wieder auf. Er machte für die damalige Zeit bahnbrechende Experimente, in denen er zeigen konnte, dass Substanzen immer aus gleichen Verhältnissen ihrer Ausgangsstoffe hergestellt werden. So entsteht Wasser zum Beispiel immer aus einem Volumenteil Sauerstoff und zwei Volumenteilen Wasserstoff. Dieses Verhalten konnte nur mit der Existenz bestimmter Grundstoffe – den Elementen – erklärt werden, deren kleinste Einheiten – die Atome – immer die gleiche Masse haben. Aber wie sehen diese Atome aus?

Dalton konnte seine Experimente damit erklären, dass Atome kleine, feste Kugeln sind. 1897 jedoch experimentierte Joseph John Thomson mit so genannten Kathodenstrahlen, die von glühenden Metallen ausgesendet werden, und die er sich als Strom von Teilchen vorstellte. Elektrische Felder konnten diese Strahlen ablenken – also mussten die Teilchen geladen sein. Thomson gelang es auch zu zeigen, wie groß diese Ladung pro Masseneinheit war und taufte die von ihm entdeckten Teilchen auf den Namen Korpuskeln. Später wurden sie jedoch in Elektronen umbenannt.

Das Dalton'sche Atommodell mit seinen unteilbaren Kugeln war jetzt nicht mehr haltbar. Thomson musste einen Platz für seine Korpuskeln schaffen, und zwar so, dass die Atome in seinem Modell weiterhin ungeladen blieben. Er schlug vor, dass die Elektronen in die Oberfläche von positiv geladenen Kugeln eingebettet sind. Dabei müssten die Elektronen regelmäßig angeordnet sein, wobei die Geometrie auch die damals schon bekannte Periodizität der Elemente erklären würde. Zuweilen wird diese Vorstellung als "Erdbeermodell" bezeichnet, denn auch die Nüsschen der Erdbeere sind relativ gleichmäßig über ihre Oberfläche verteilt.

Lord Ernest Rutherford experimentierte 1906 mit positiv geladenen alpha-Teilchen, mit denen er eine dünne Gold-Folie beschoss. Sollte das Thomson-Modell wirklich die Natur von Atomen beschreiben, so die Überlegung, würden die alpha-Teilchen von den großen, ebenfalls positiv geladenen Kugeln abgelenkt. Überrascht stellte er jedoch fest, dass die meisten der Teilchen nahezu ungehindert die Gold-Folie passierten. Rutherford schloss daraus, dass Atome im Wesentlichen leer seien. Sie bestünden aus einem winzigen Kern, um den die Elektronen wie die Planeten um die Sonne kreisen.

Viele experimentelle Beobachtungen, wie zum Beispiel die Spektrallinien von Atomen, konnte aber auch dieses Modell noch nicht erklären. Daher erweiterte Niels Bohr es 1912 um ein entscheidendes Detail: Er konnte zeigen, dass die Bahnen der Elektronen nicht beliebig sein dürfen – wodurch es ihm möglich war, sowohl die Ordnung der Elemente im Periodensystem als auch ihre elektronischen Eigenschaften zu erklären. Aus seinem Atommodell entwickelten sich die Grundzüge der modernen Quantenmechanik. Heute werden für die Elektronen nur noch Aufenthaltswahrscheinlichkeiten angegeben, die sich mit den Wellengleichungen berechnen lassen, die 1927 von Erwin Schrödinger veröffentlicht wurden.

Wer nahm an, dass Atome wie Erdbeeren aussehen?